潛艇升降裝置用桅桿材料國產化難點分析

(海軍駐武漢461廠軍事代表室,武漢 430084)

長期以來，我國潛艇各型升降裝置用桅桿材料一直依靠從國外進口，采購周期長，訂貨價格高，嚴重制約了我海軍裝備的發展。考慮到國內技術水平的提高和企業科研及生產能力的增強，結合實際工作經驗，從冶煉、鍛造、熱處理及機加工4個方面，提出該產品國產化技術方向。

1 桅桿材料指標要求及研制技術難點

從我國自行研制第一代潛艇開始，潛艇升降裝置桅桿材料就沿用蘇聯桅桿材料牌號12X18H10T，轉換成國內牌號為1Cr18Ni9Ti，屬奧氏體不銹鋼材料，其國內外材料牌號化學成分對照見表1。

表1 國內外材料牌號化學成分對照表

從表1可以看出國內外兩種牌號材料的化學成分相當，說明這兩種牌號的材料屬同一種材料。

1Cr18Ni9Ti的國標、國軍標、設計技術要求對力學性能要求對照表見表2[1]。

表2 1Cr18Ni9Ti的國標、國軍標、設計技術要求對力學性能要求對照

從表2可以看出,桅桿材料1Cr18Ni9Ti設計技術要求的抗拉強度和屈服強度均超過國家標準和國家軍用標準的要求。由此，可以看出，該種材料的國產化研制難點就在于如何達到抗拉強度和屈服強度的指標要求。

將桅桿材料的國產化研制難點分解到材料的冶煉、鍛造、熱處理及機加工階段。

1)冶煉階段。由于1Cr18Ni9Ti為奧氏體不銹鋼材料，該鋼種C含量低，合金含量高，加入的Cr、Ni合金含量大，因此所需的冶煉時間長，導致冶煉過程中C、Ti含量難以控制，且鋼中非金屬夾雜物增多，鋼水的脫氧難度大。

2)鍛造階段。由于該鋼種溫度控制范圍窄，鍛造過程中容易出現表面裂紋，且桅桿材料鍛件為細長軸(長徑比在40以上)，成形比較困難。

3)熱處理階段。該材料為奧氏體不銹鋼材料，其固溶處理不會發生相變，不能通過相變強化使其力學性能。要提高其力學性能，特別是屈服強度，并保證較好的抗晶間腐蝕能力，在固溶處理時必須選擇合適的溫度及相應的保溫時間，控制高溫下奧氏體晶粒的長大趨勢。

4)機加工階段。由于該材料導熱性和切削性能差，切削難以斷屑，粘刀嚴重，加工硬化現象嚴重，刀具和切削面急劇摩擦產生大量切削熱，對刀具壽命影響嚴重。另外，由該桅桿材料長徑比大，剛性差，深孔加工時工件易發生鉆偏、鏜偏現象。

2 技術難點研究方向

2.1 冶煉階段

重點在4個方面：①配料，配優質廢鋼、料頭、生鐵，嚴禁配入土鐵、混帶泥沙等，將足量的生鐵配入最后一次料中，保證一定的配C量，確保P、S含量低，保證原材料的純凈度；②保持電爐爐況良好，初煉爐化清后吹氧促進熔池沸騰以氧化脫磷，促進氣體和非金屬夾雜物上浮，當鋼水中P含量低時出鋼，電爐出鋼時，爐中預留一定的鋼水，以杜絕氧化渣進入精煉包中，爐中加入一定的脫氧劑以快速沉淀脫氧；③保持精煉鋼包包況良好，精煉過程中采用底吹氬氣攪拌，分批加入Cr、Ni合金調整成分后，促進氣體和非金屬夾雜物上浮，進行真空處理后，加入大量的脫氧劑進行還原脫氧，再加入Ti合金調整成分，吊包澆注成鋼錠，澆注系統“三吹一吸”，清潔干燥，澆注時進行氬氣保護澆注，減少二次氧化帶入非金屬夾雜物，提高鋼水純凈度；④冶煉前按照工藝試驗制定內控化學成分，冶煉時嚴格按照內控化學成分要求控制各元素含量。

2.2 鍛造階段

重點在4個方面：①加熱時嚴格控制加熱速度和保溫時間，保證鋼錠的各部分受熱充分、均衡，降低金屬的變形抗力和內應力，為鍛造成型做充分準備；②鍛造時采用多火次、小壓下量拔長，嚴格控制每一火的始鍛和終鍛溫度，有效預防鍛件表面產生裂紋；嚴格控制鍛造工藝尺寸，確保底部和帽口端棄料充分，并采用上平下V形砧，使其始終處于壓應力狀態，加大金屬的塑性變形，保證內部充分鍛透；③當鍛造過程中出現細小裂紋時，應立即停鍛進行表面缺陷清理，待裂紋清除干凈后再繼續鍛造，以保證鍛件表面質量，并嚴格控制最后一火的終鍛溫度和每砧壓下量，細化晶粒，為鍛件最終的熱處理奠定基礎；④考慮到該鋼種為奧氏體不銹鋼，鍛完后直接空冷，并采用鼓風強制冷卻，使鍛造內部組織大為改善，為固溶處理后的力學性能達標創造有利條件。

2.3 熱處理階段

重點在兩方面:①1Cr18Ni9Ti為奧氏體不銹鋼材料，故采用固溶處理的熱處理方式。桅桿固溶處理時，鍛造不會發生相變，因此要提高其力學性能，特別是屈服強度，并保證較好的抗晶間腐蝕能力，在固溶處理時必須選擇合適的溫度，并在該溫度保溫一定時間，控制高溫下奧氏體晶粒長大的趨勢，同時要有較快的冷卻速度；②在淬火前開啟循環泵，保證水循環，同時讓桅桿材料在水中竄動，以保證其冷卻充分均勻[2]。

2.4 機加工階段

為解決機加工階段的難點，應把控制的重點放在加工刀具的選擇上，選用耐熱耐磨的高強度刀片，并適當加大刀具的前角和后角，鏜孔時采用優質木鍵做支撐并勤換木鍵，切削參數選擇小切深，減小鏜刀徑向方向受力，以減小加工偏斜和振動。

[1] 賈耀卿.常用金屬材料手冊(上冊)[M].2版.北京：中國標準出版社，2008.

[2] 趙昌盛.不銹鋼的應用及熱處理[M].北京：機械工業出版社，2010.